【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于管片钢模检测，尤其涉及一种管片钢模三维信息自动检测方法及装置。
技术介绍
1、预制管片主要用于隧道工程中，特别是在地铁盾构隧道施工中，预制管片施工技术具有较高的工作效率和广泛的应用范围。预制管片的制造主要采用高精度管片钢模通过浇筑混凝土成型，生产过程中，采用多钢模构成全自动流水线生产模式，对管片的尺寸误差、精度、一致性等要求较高。
2、管片经钢模浇筑成型，钢模内腔形状决定了管片的外形尺寸。因此，为保证管片的生产质量，在生产过程中，需对钢模内腔的形状和尺寸精度进行检测及监控。但由于钢模外形较大(通常尺寸约有：长5米，宽2米，厚0.6米，且具有弧形内模)，常规激光跟踪仪能够满足快速测量及高精度的需求，但需要测试员手动放置测量点，检测效率极低，且容易产生人为误差，无法满足流水线作业要求。其他类三坐标检测方法，检测点位受限，无法满足要求。大型机械臂加地轨方案，测试成本高昂，且对使用环境要求极高，并且难以维护，均难以实现对管片钢模的快速测量。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于：为了解决由于钢模外形较大(通常尺寸约有：长5米，宽2米，厚0.6米，且具有弧形内模)，常规激光跟踪仪能够满足快速测量及高精度的需求，但需要测试员手动放置测量点，检测效率极低，且容易产生人为误差，无法满足流水线作业要求。其他类三坐标检测方法，检测点位受限，无法满足要求。大型机械臂加地轨方案，测试成本高昂，且对使用环境要求极高，并且难以维护，均难以实现对管片钢模的快速测量而提出的一种管片钢模
2、为了实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：一种管片钢模三维信息自动检测方法，包括以下步骤：
3、s1：检测装置及系统搭建；
4、a：在管片生产线上搭建大型的钢结构框架，尺寸覆盖管片钢模检测范围；
5、b：将直线电机模组安装在所述钢结构框架上，搭建出位置移动的三个活动轴：x轴、y轴、z轴；
6、c：将中空旋转电机安装在所述z轴末端，搭建出旋转轴rx轴、ry轴、rz轴，其中结构光3d相机通过连接板固定在所述rx轴上；
7、d：自发光追踪器安装在所述结构光3d相机上，光学追踪仪通过固定支架安装在所述钢结构框架上；
8、e：将所述x轴、所述y轴、所述z轴、所述rx轴、所述ry轴、所述rz轴、所述结构光3d相机、所述自发光追踪器及所述光学追踪仪的驱动控制及信息通过线缆与工作站联通；
9、s2：活动轴坐标系统q建立：根据直线电机行程的大小，设置所述x轴、所述y轴、所述z轴的坐标范围以及坐标系原点，所述rx轴、所述ry轴、所述rz轴姿态角设置范围为-180°～+180°，完成6轴坐标系q的建立；
10、s3：坐标系关系标定：对三维数据进行采集和分析，对所述结构光3d相机与所述光学追踪仪坐标系变换关系进行计算；
11、s4：所述结构光3d相机与自发光追踪器坐标系变换关系确认，旋转矩阵rc-z＝rc-ref×rz-ref和平移向量tc-z＝tc-ref×tz-ref；
12、s5：所述光学追踪仪的识别捕捉所述自发光追踪器本身的位置信息；
13、s6：示教检测步骤，控制所述x轴、所述y轴、所述z轴、所述rx轴、所述ry轴、所述rz轴，将所述结构光3d相机移动到检测区位置，同时通过所述rx轴、所述ry轴和所述rz轴，调整好相机姿态，使得所述结构光3d相机能够采集到检测区3d点云信息，保证所述自发光追踪器的至少一个发光面朝向所述光学追踪仪，保证所述光学追踪仪能够捕捉到所述自发光追踪器的位置；调整完成后，在控制系统中记录该位置信息pq1；按该方法示教所有的检测区，并规划好所述结构光3d相机行走的路线，记录所有的检测区位置信息pq i；
14、s7：系统自动化检测步骤；所述管片钢模移动到检测工位后，系统开始自动化检测；按照示教好的检测区以及规划的检测路径，系统自动控制所述结构光3d相机到检测区，到达检测区后，所述结构光3d相机采集检测区3d点云数据的同时，所述光学追踪仪采集所述自发光追踪器的位置信息；s8：采集完所有检测区域的点云数据，并转换到所述光学追踪仪坐标系下，得到所述管片钢模的全局点云数据，根据所述管片钢模的全局点云数据，分析出检测区域的顶点位置信息、线段位置信息、平面位置信息，根据分析计算的结果，输出所述管片钢模的检测报告。
15、作为上述技术方案的进一步描述：
16、s3中三维数据采集：将标定板放置于所述光学追踪仪追踪视野范围内，使用所述结构光3d相机采集标定板发光面3d点云数据，采集过程中，保证所述自发光追踪器至少一个面朝向所述光学追踪仪，所述光学追踪仪同时捕捉所述自发光追踪器和所述标定板的位置信息。
17、作为上述技术方案的进一步描述：
18、s3中三维坐标分析：当所述光学追踪仪捕捉到所述标定板的位置信息后，所述标定板上发光点的分布能够得到所述标定板上所有发光点在所述光学追踪仪坐标系下的位置，所述结构光3d相机采集所述标定板点云后，根据所述标定板上圆形发光点的点云，能够分析出所述标定板发光点在结构光3d相机坐标系下的位置信息。
19、作为上述技术方案的进一步描述：
20、s4中所述结构光3d相机与所述光学追踪仪坐标系变换关系计算具体步骤具体包括：
21、a：根据所述结构光3d相机采集的点云数据，获取三个所述标定板发光点相机坐标系中的坐标p1c、p2c和p3c，根据所述光学追踪仪采集的三维数据获取三个所述标定板发光点在所述光学追踪仪坐标系中的坐标p1ref、pr2ef和p3ref；其中，
22、
23、
24、b：基于p1c、p2c和p3c计算三个发光点在所述结构光3d相机三维坐标系中的中心点cc，基于p1ref、和计算三个发光点在所述光学追踪仪三维坐标系中的中心点其中，
25、c：构建三个发光点在所述结构光3d相机三维坐标系的去中心点集和在所述光学追踪仪三维坐标系的去中心点集其中，i取值1、2、3，pic包括p1c、p2c和p3c，piref包括p1ref、p2ref和p3ref，包括和包括和
26、d：根据svd算法计算所述光学追踪仪三维坐标系和所述结构光3d相机三维坐标系的旋转矩阵rc-ref，其中
27、e：计算所述光学追踪仪三维坐标系和所述结构光3d相机三维坐标系的平移向量tc-ref，其中，tc-ref＝cc-rc-ref·c2ref；
28、f：基于所述光学追踪仪三维坐标系和相机三维坐标系的旋转矩阵rc-ref和平移向量tc-ref，计算所述光学追踪仪三维坐标系和所述结构光3d相机三维坐标系之间的坐标转换关系。
29、作为上述技术方案的进一步描述：
30、s5中所述自发光追踪器有7个发光面，每个发光面上有4个发光点，每个面内4个发光点组成的形状均不同，所述光学追踪仪能够本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种管片钢模三维信息自动检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种管片钢模三维信息自动检测方法，其特征在于，所述S3中三维数据采集：将标定板放置于所述光学追踪仪追踪视野范围内，使用所述结构光3D相机采集标定板发光面3D点云数据，采集过程中，保证所述自发光追踪器至少一个面朝向所述光学追踪仪，所述光学追踪仪同时捕捉所述自发光追踪器和所述标定板的位置信息。
3.根据权利要求2所述的一种管片钢模三维信息自动检测方法，其特征在于，所述S3中三维坐标分析：当所述光学追踪仪捕捉到所述标定板的位置信息后，所述标定板上发光点的分布能够得到所述标定板上所有发光点在所述光学追踪仪坐标系下的位置，所述结构光3D相机采集所述标定板点云后，根据所述标定板上圆形发光点的点云，能够分析出所述标定板发光点在结构光3D相机坐标系下的位置信息。
4.根据权利要求1所述的一种管片钢模三维信息自动检测方法，其特征在于，所述S4中所述结构光3D相机与所述光学追踪仪坐标系变换关系计算具体步骤具体包括：
5.根据权利要求1所述的一种管片钢模三维信息自动
6.一种管片钢模三维信息自动检测装置，其特征在于，包括：
7.根据权利要求6所述的一种管片钢模三维信息自动检测方法，其特征在于，所述结构光3D相机上设置有自发光追踪器，所述自发光追踪器上设置有若干个红外光发射点。
...【技术特征摘要】
1.一种管片钢模三维信息自动检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种管片钢模三维信息自动检测方法，其特征在于，所述s3中三维数据采集：将标定板放置于所述光学追踪仪追踪视野范围内，使用所述结构光3d相机采集标定板发光面3d点云数据，采集过程中，保证所述自发光追踪器至少一个面朝向所述光学追踪仪，所述光学追踪仪同时捕捉所述自发光追踪器和所述标定板的位置信息。
3.根据权利要求2所述的一种管片钢模三维信息自动检测方法，其特征在于，所述s3中三维坐标分析：当所述光学追踪仪捕捉到所述标定板的位置信息后，所述标定板上发光点的分布能够得到所述标定板上所有发光点在所述光学追踪仪坐标系下的位置，所述结构光3d相机采集所述标定板点云后，根据所述标定板上圆形发光点的点云，能够分析出所述标定板发光点在结构光3d相机坐标系下的位置信息。
...【专利技术属性】
技术研发人员：吕敏，万洋，钱春辉，吴翱，李开建，王洁明，李晗，
申请(专利权)人：上海隧道工程智造海盐有限公司，
类型：发明
国别省市：
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